黃銅礦半導體AⅠBⅢCⅣ2光電特性的理論研究.pdf

1、21世紀，在資源有限和環(huán)境保護的條件下，人類面臨著實現(xiàn)經濟與社會的可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實問題，而能源問題尤為突出。太陽能是一種輻射能，因為最潔凈、最可靠，同時太陽還將照射地球長達五六十億年之久，可謂取之不盡，因而具有無與倫比的吸引力。我們的研究對象黃銅礦半導體AⅠBⅢCⅥ2，目前是應用最廣泛的光電材料，由于其非線性光學系數(shù)大、中遠紅外透過率高以及獨特的光伏特性等，已經被廣泛地應用于非線性器件、探測器、太陽能電池等方面。除了純凈的三元半導體，它

2、的四元合金體系最近也廣為人知，由于其擁有可調節(jié)帶隙的特點，目前已經被應用于固態(tài)照明、高效串聯(lián)太陽能電池等方面。
　　本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法，結合能帶結構理論和廣義梯度近似，并利用Kohn-Sham方程計算了三元半導體CuXTe2(X=Al，Ga,In)和四元合金CuGa(SexS1-x)2的晶格結構、電學和光學特性并做了系統(tǒng)的對比研究。研究結過顯示:三種三元半導體的帶隙隨著Ⅲ族元素從鋁(Al)到鎵(Ga)到銦(I

3、n)的順序逐漸減小，而相應的晶格常數(shù)、靜態(tài)介電常數(shù)和折射率則在增大，同時介電常數(shù)和折射率的波峰發(fā)生有紅移現(xiàn)象。此外，由于相似的電子結構，三種純凈化合物的光學性質比較類似，表現(xiàn)在光譜圖上擁有大體一致的行為曲線，值得一提的是，和其他兩種化合物不同，CuInTe2在0～2eV表現(xiàn)有明顯的各向異性。四元合金的帶隙隨著組分x的增加明顯減小并趨向于理想的單節(jié)太陽能電池的帶隙(1.4eV)，且在中間的漸變過程沒有發(fā)生明顯的帶隙改善現(xiàn)象。在不假設GGA